پیدایش دستگاه حکاکی لیزری در دنیا

مدت زمان مطالعه: 10 دقیقه

در این مقاله به تاریخچه اختراع و پیدایش دستگاه حکاکی لیزری میپردازیم و روند جهانی شدن این محصول نو ظهور در حکاکی فلزات که قدمتی هزارساله دارد را به طور کامل شرح میدهیم.

زمانی که “تام رودی زاردن”  Tom “Rudy” Zarden، هنرمندی که تابلوهای چوب قرمز را خلق می‌کرد، با خرید یک دستگاه لیزر از یک شرکت تازه‌کار در ویسکانسین در اواخر دهه 1970 موافقت کرد، او احتمالاً به این فکر نمی‌کرد که به‌عنوان یک رویایی به یادگار بماند که به تغییر آینده صنعت حکاکی کمک کند. احتمالاً دستگاه حکاکی لیزری را راه‌حلی برای نیازهای خود می‌دانست – ابزاری که می‌تواند به او کمک کند ، او نمی‌دانست که اقداماتش چه تأثیری بر صنعت می‌گذارد.

ظهور لیزر در صنعت حکاکی

قبل از اینکه دنیا درباره لیزر بشنود، چارلز تاونز و شریکش، آرتور شاولو، «maser» را اختراع کردند (که مخفف تقویت امواج مایکروویو با انتشار تحریک شده تشعشعات است).

این ابزاری است که فناوری آن به لیزر نزدیک بود، اما دقیقاً مشابه آن نبود. maser از گاز آمونیاک و تشعشعات مایکروویو به جای نور مرئی استفاده میکند. چهار سال بعد، در سال 1958، این زوج در مورد یک “لیزر” مرئی (که مخفف تقویت نور با انتشار تحریک شده تشعشع است) نظریه پردازی کردند. 

لیزر پیشنهادی آنها از مادون قرمز و/یا طیف مرئی نور استفاده می‌کند، و تاونز و شاولو مقاله موفقیت‌آمیزی در توصیف لیزر در مجله انجمن فیزیک آمریکا منتشر کردند. مقاله آنها زمینه جدیدی از علم را راه اندازی کرد و راه را برای صنعت جدید چند میلیارد دلاری هموار کرد.

مخترعین اولین دستگاه حکاکی لیزری
آرتور شاولو (سمت چپ) و چارلز تاونز، دانشمندان آزمایشگاه‌های بل، « Maser» را اختراع کردند. عکس از آرشیو لوسنت، در حدود 1960.

مخترع لیزر و تولد دستگاه حکاکی لیزری

بحث بر سر اینکه چه کسی اولین لیزر را اختراع کرد، وجود دارد. در سال 1960 تئودور میمن اولین لیزر یاقوتی را اختراع کرد که به طور گسترده به عنوان اولین لیزر نوری قابل دوام در نظر گرفته می شود. با این حال، گوردون گولد به عنوان اولین کسی که از کلمه “لیزر” استفاده کرد، اعتبار دارد و برخی معتقدند که او اولین لیزر نور را اختراع کرد. 

گولد اختراع خود را در سال 1958 ابداع کرد اما تا سال 1959 موفق به ثبت اختراع نشد.

در نتیجه، درخواست ثبت اختراع او رد شد و سایر شرکت‌ها برای بهره‌برداری از این فناوری وارد عمل شدند. (گلد سرانجام در سال 1977 در جنگ حق ثبت اختراع خود پیروز شد.) در هر صورت، بین سال های 1959 تا 1960، لیزر نوری متولد شد و صنعت جدیدی منتظر ظهور بود.

لیزرها در زمان اختراع برای مردم بسیار دور از ذهن و آینده نگر به نظر می رسید، در دنیای امروزی کاربردهای زیادی دارند. حکاکی‌ها با توانایی لیزر در برش و سوراخ کردن مواد مختلف، ایجاد علائم، پلاک‌های نام و سایر مشخصات…اما لیزرها معمولاً در جراحی و پزشکی، در ارتباطات و کاربردهای روزمره مانند اسکنر بارکد در فروشگاه مواد غذایی و پخش کننده سی دی که به آن گوش می دهید نیز استفاده می شود.

پیدایش دستگاه حکاکی لیزری
اولین سیستم حکاکی لیزری کلید در دست صنعت R&I: Laser Machining's Laser Graver سال 1981.

لیزر چیست و چگونه عمل میکند؟

اما لیزر دقیقا چیست؟ خود دستگاه از زمان اختراع خود در حدود 50 سال پیش تغییر چندانی نکرده است. لیزر (نوع CO2 که امروزه بسیار محبوب است) اساساً یک لوله با آینه هایی در دو انتها است که با مخلوطی از گازها (اغلب نیتروژن، هلیوم و دی اکسید کربن) پر شده است. هنگامی که انرژی الکتریکی به لوله پر از گاز اعمال می شود، مولکول های گاز را تحریک می کند، که ارتعاش می کنند و نوری را ساطع می کنند که بین دو آینه به جلو و عقب باز می گردد.

برای استفاده از این انرژی، به لطف استفاده از یک آینه نیمه انتقال دهنده، مقداری از نور در یک انتهای لوله خارج می شود که بیشتر نور را به سمت آینه دیگر منعکس می کند در حالی که اجازه می دهد مقداری نور خارج شود. این بخش کوچک از نور سپس از یک عدسی عبور می کند و در آنجا باریک می شود و به نقطه ای شدید و با اندازه دقیق از نور یا انرژی لیزر متمرکز می شود.

نمونه اولین حکاکی آثار هنری توسط لیزر
همانطور که میز لیزر گرور به چپ و راست نوسان می کرد، اسکنر آثار هنری را اسکن کرده و به پرتو لیزر سیگنال داده تا روشن و خاموش شود و جزئیات اثر هنری حک شود. عکس 1981.

هنگامی که لیزرها اختراع شدند، بلافاصله توسط صنعت حکاکی به عنوان هنر حکاکی پذیرفته نشدند. در واقع، صنعت قبل از اینکه متوجه شود لیزرها برای زندگی حکاکی ها نیز قابل استفاده هستند، چندین انتقال داشت. در اواخر دهه 1950، نیو هرمس به عنوان تولید کننده غالب پانتوگراف در ایالات متحده تسلط محکمی بر صنعت حکاکی داشت. 

این تسلط تا دهه 1970 ادامه یافت، و تا زمانی که ریزکامپیوترهای مقرون به صرفه در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 80 وارد صحنه شدند، ابزارهای دیگری اختراع شدند و به عوامل مفید برای حکاکی ها شناخته شدند.

اگر اطلاعات بیشتری برای انتخاب دستگاه حکاکی لیزری مناسب قطعاتتان میخواهید حتما با ما تماس بگیرید:

مشاوره رایگان تخصصی حکاکی توسط تیم فروش شایا حک 

LMI متولد شد ...

لاوسون، مهندسي كه به عنوان مشاور طراحي دستگاه هاي چاپ الكترونيكي كار مي كرد، ايده شركت جديدش، Laser Machining Inc. را از قايق هاي بادباني گرفت. او یک روز برای بریدن پارچه برای یک قایق بادبانی در کلیولند بود و کارگاه لیزری که از آن بازدید می کرد به او اجازه داد لیزر آنها را برای بریدن پارچه بادبان امتحان کند.

لاوسون قبلاً هرگز لیزر ندیده بود، اما به یاد می‌آورد که با این ایده که شما می‌توانید تمام آن گرما را در یک مکان قرار دهید و موادی را که روی آن متمرکز شده است نسوزانید، شیفته‌اش شده بود.

بیل لاوسون، بنیانگذار و رئیس سابق شرکت ماشینکاری لیزری، یکی از پیشگامان واقعی حکاکی لیزری است. او روش اسکن مستقیم حکاکی لیزری را ایجاد کرد. عکس 2004.

    در این بین، Laser Craft، یک فروشگاه کار لیزری در مقیاس بزرگ مستقر در کالیفرنیا، قبلاً ایده استفاده از لیزر در کاربردهای حکاکی را پیشرو کرده بود؛

 اما این شرکت بیشتر حکاکی را برای تجارت انجام می داد و خطی از لوازم جانبی میز حکاکی شده را به فروش می رساند. لاوسون Laser Machining’s Laser Craft را به عنوان اولین کاری که حکاکی لیزری روی چوب انجام داد و این ایده را به دنیای حکاکی معرفی کرد، می‌دانست.

با این حال، صنایع دستی لیزری و مفهوم حکاکی لیزری در صنعت به خوبی شناخته شده نبودند، زیرا بازار این شرکت عمدتاً بازار کالاهای بورسی و محصولات سفارشی بسیار گران قیمت بود.

نمونه ای از Laser Craft اولین حکاکی های لیزری
نمونه ای از حکاکی لیزری نگهدارنده پاکت (اوایل دهه 80) توسط Laser Craft، یک کارگاه مستقر در کالیفرنیا. Laser Craft با استفاده از یک پرتو لیزر پیوسته و یک شابلون فلزی که زیرلایه را می پوشاند، حکاکی لیزری را پیشگام کرد.

مشکل کاری که Laser Craft انجام می داد، فناوری لیزر اولیه آنها بود. همه چیزهایی که اوایل حکاکی می کردند با استفاده از شابلون فلزی حکاکی می شد. به عبارت دیگر، ابتدا با چسباندن ماسک برنجی یا مسی به چوب و سپس اسکن کردن روی سطح با پرتو لیزر پیوسته، یک تکه چوب را حکاکی کردید. این مانند سندبلاست با پرتو لیزر بود، جایی که لیزر داخل نواحی باز شابلون را برش می داد، اما از نواحی پوشیده شده با فلز پرش می کرد.

این روش شناسی دو محدودیت بزرگ داشت. یکی این بود که ماسک فلزی باید حاوی «پل» باشد، مانند هر شابلون، تا طرح را در کنار هم نگه دارد. در غیر این صورت، برای مثال، مراکز از حروف A یا O خارج می شوند. این پل نه تنها به تغییرات آثار هنری زمان بر نیاز داشت، بلکه اغلب موانعی جدی در طراحی ایجاد می کرد. برخی از طرح ها به سادگی با شابلون امکان پذیر نبودند.

 

سرمایه گذاری اولیه و آغاز تکنولوژی حکاکی لیزری در دنیا

حکاکی‌ها لزوماً به خاطر تمایلشان به پذیرش فناوری جدید شناخته نمی‌شوند، و اغلب نیاز به یک بیننده دارد که قدم بگذارد، پول سرمایه‌گذاری کند و ایمان داشته باشد که فناوری جدید برای نیازهای او معجزه می‌کند. LMI  می‌توانست تمام لیزرهایی را که می‌خواست بسازد، اما بدون خریداری که پول و ایمان داشته باشد که چیزی ارزشمند می‌سازد، ماشین‌ها در گمنامی از بین می‌رفتند.

زاردن، هنرمندی از نیو هلشتاین، که عمدتاً در سدر و چوب سرخ کار می‌کرد، پتانسیل لیزر لاوسون را دید و برای LMI پول خرج کرد تا اولین دستگاه خود را تولید کند.

خریدار اولین دستگاه لیزر LMI
تام "رودی" زاردن، حدوداً در سال 1978، اولین دستگاه LMI، اولین حکاکی لیزری کلید در دست جهان را خریداری کرد.

زاردن اولین دید خود از یک سیستم حکاکی لیزری را به یاد می آورد.

او امروز می گوید: «باور نکردنی بود، من به سامرست، ویسکانسین سفر کردم تا اختراع بیل لاوسون را ببینم. دستگاه در زیرزمین خانه بیل قرار داشت، با قطعات سرتاسر و سیم‌ها در همه جا کار می‌کرد. من به دنبال دیدن حکاکی بودم، اما دستگاه فقط آنجا نشست و کاری انجام نداد. سرانجام، پس از 15 یا 20 دقیقه بررسی چیزها، بیل متوجه شد که یکی از قطعات از برق جدا شده است. بیل آن را به برق وصل کرد و دستگاه شروع به حکاکی کرد. من هرگز بوی دود تولید شده توسط لیزر آن روز را که هوای زیرزمین بیل را پر کرده بود، فراموش نمی کنم.

زردن اکنون تصمیم خود را برای خرید اولین دستگاه حکاکی لیزری جهان که در آن زمان چیزی بیش از یک نمونه اولیه بود به یاد می آورد. او به یاد می‌آورد: «ما برای خرید این دستگاه مقدار ولخرجی کردیم با پرداخت 50000 دلار برای آن دستگاه ، که بیشتر از هزینه‌ای بود که برای خانه‌مان پرداخت کردیم. با انجام این کار، هر پنی را که می توانستیم روی آن بگذاریم، جمع کردیم و 25000 دلار از یکی از اعضای خانواده قرض گرفتیم. این هنوز کاملاً کافی نبود و ما به بیل مقداری پول بدهکاریم.»

همانطور که رودی آن دوره را به یاد می آورد، تحویل دستگاه مجهز به لیزر 150 وات  زردن  6یا 8 ماه طول کشید، در طی این مدت، Zarden “شماره تلفن شرکت را حفظ کرد، زیرا ما همچنان برای آخرین به روز رسانی های سفارش خود تماس می گرفتیم.”

پاپ لنر می گوید: «ما در همان سال اول فقط یک دستگاه را فروختیم. «ماشین بعدی که فروختیم به مردی بود که پیش پرداخت (نقد) خود را در یک قوطی قهوه به ما داد. او یک خلبان هواپیمایی بود که می خواست حرفه خود را تغییر دهد و وارد حکاکی لیزری شود. از آنجا به تدریج تجارت ایجاد شد.»

در طراحی ماشین اصلی LMI، لاوسون با استفاده از سیستمی که می‌توانست آثار هنری سیاه و سفید را مستقیماً بخواند و همزمان آن تصویر را روی یک قطعه ماده حک کند، راه بهتری برای حکاکی لیزری اقلام پیدا کرد. او می‌گوید: «به یاد داشته باشید که کامپیوترها در آن زمان واقعاً در دسترس نبودند. بنابراین ما یک روش اسکن مستقیم ایجاد کردیم که در آن شما آثار هنری سیاه و سفید را در یک طرف میز و چوب را در طرف دیگر قرار می دهید. همه چیز روی میزی نصب شده بود که جلو و عقب می رفت. در حالی که لیزر آن را حکاکی می کرد، اسکنر به هنر نگاه می کرد.

پیشرفت دستگاه حکاکی لیزری توسط مهندسان LMI

اولین دستگاه حکاکی لیزری LMI با نام مدل 101 شناخته شد. به زودی LMI متوجه شد که باید مشکل زمان لیزر را حل کند. بین لحظه ای که اسکنر اثر هنری را می خواند تا زمانی که پرتو لیزر روشن یا خاموش میشد، فاصله کمی میلی ثانیه وجود داشت. این یک ناهماهنگی در تصویر روی قطعه تمام شده ایجاد کرد. بنابراین، هنگامی که میز به سمت چپ نوسان می کرد، تصویر در حال برش به مقدار کمی به سمت راست منتقل می شد و زمانی که به سمت راست حرکت می کرد، تصویر به سمت چپ منتقل می شد. در نوع خوب، این ظاهر “jaggies” را ایجاد کرد.

برای مقابله با این مشکل، اد الورانتا، یکی از مهندسان LMI، «پیش‌بینی‌کننده» را اختراع کرد که اپتیک را به گونه‌ای تغییر مکان داد که در اثر نوسانات جدول، کمی جلوتر از اثر هنری را بخواند و برش‌های آینده را «پیش‌بینی» کند و لیزر را فعال کند. برای تولید حکاکی های کاملاً هم تراز در طول این برش .

جهت مطالعه قسمت دوم این مقاله به لینک زیر مراجعه فرمایید. 

گسترش حکاکی لیزری روی فلزات در صنعت

منابع :engraversjournal

مجله The Engravers